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大普微DapuStor陈祥:下一代企业级数据中心SSD的机遇与挑战

2021年,受地缘政治格局变动和新冠疫情的影响,全球的供应链特别是芯片发生了短缺现象,各个厂家不得不增加库存。进入2022年,情况发生了新的变化,如国内的企业级市场整体市场需求疲软、市场供大于求,PCle SSD价格也呈现下探的趋势,行业效益开始滑坡。

有挑战,就有机遇。站在2022年的时间点,如何去看待未来?

7月28日,在主题为“闪耀数字经济新引擎”的2022全球闪存线上峰会(Flash Memory World)上,大普微DapuStor研发副总裁陈祥分享了自己的观点以公司最新的解决方案。

大普微DapuStor研发副总裁陈祥

2022年,最火爆的是PCle Gen5。从2020年至2024年英特尔和AMD两家公司x86处理器的发展方向可以看到,过去两年里,他们已经完成了PCle Gen4服务器处理器的量产。随着2022年的到来,这两家领导厂商正在将服务器平台由PCle Gen4切到PCle Gen5,导致PCle Gen5成为热门的话题。

PCle SSD发展趋势的演进

有消息称,英特尔 PCle Gen5平台有可能会延迟到2023年的第一季度甚至第二季度;各大厂家都积极在PCle Gen5 eSSD上加大投入研发,加速产品化进程。

PCle SSD发展趋势的演进

在陈祥看来,PCle Gen5 企业级SSD也面临着很大的挑战。

首先是PCle Gen5的性能问题。PCle Gen3/4/5的升级带来传输速率的递进翻番,对链路损耗和信号质量完整性要求越来越高,特别是在典型的U.2的产品性能方面,因为需要增加连接器,其链路上的损耗挑战更大。虽然GPU SSD在继续向第五代或是PCle 5.0演进,但由于内存占到了服务器很大一部分的成本支出,因此,DDR 5成本的变化趋势影响到整个平台演进的速度。

其次,PCle Gen5面临服务器背板的挑战,因为PCle Gen5需要更低损耗的连接器,背板的成本包括PCB的板材等依然存在价格上的挑战。

在功耗方面,由于整体散热问题的影响,再加上某些应用场景的限制,导致PCle Gen5的写性能有可能达不到读那样翻番的效果。

eSSD市场的强劲需求,也催生了各家主流NAND供应商技术迭代升级的速度,给在该赛道上的玩家们带来新的挑战。只不过,各家产品推出计划的不同,可能会出现一些适配上的差异。

从未来PCle SSD容量的变化和Form Factor容量的变化可以看到,eSSD整体趋势是更大的容量,如Gen3的 2TB、Gen4黄金容量点4TB,到Gen5可能会是8TB甚至是16TB。

随着新的Form Factor的推出,未来像EDSF的1.1S和1.3S这类Form Factor的比例会持续上升。陈祥从中国市场服务器上的一些合作伙伴处了解到,市场会更倾向于继续延用U.2这样的2.5寸盘的Form Factor。

作为国内甚至国际上较早的在PCle 5.0上做开发的公司,大普微DapuStor很早就介入了PCle 5.0 eSSD的研发工作,预计下半年将推出部分客户样品,向合作伙伴送样基于“Haishen5”系列的产品。

大普微DapuStor Haishen5产品及细节

DapuStor Haishen5采用专业级SSD主控芯片和行业96/112层3D eTLC NAND,SSD产品单盘容量高达8TB。在数字化变革及信息爆炸的时代,我们为企业客户及数据中心客户提供更高性能、更低能耗、更简易运维的完整解决方案,同时提供Open Channel、KV、Zoned Namespace等专业定制产品。

大普微DapuStor Haishen5 系列参数

DapuStor Haishen5物理容量从2TB至16TB,Form Factor包含了E3.S和E1.S和U.2。在接口方面,它是PCle 5.0接口,支持最新的NVMe2.0协议以及OCP 2.0的协议;这一代产品是支持双端口。

在基本性能方面,DapuStor Haishen5的顺序读写带宽可以到14G-8G写带宽,随机读4K,纯随机情况下可以做到250万IOPS。在稳态的4K的随机写方面,在一些更大的OP的场景下面可以做到600K。在读延时方面,它也带来非常好的表现,适配最新的NAND颗粒可以做到低于60微秒,4K延时可以低于9微秒。

在更高级的功能方面, PCle Gen5的DapuStor Haishen5 SSD支持目前非常火热的ZNS技术,包括SRIOV,以及在安全加密这块会带来TCG OPAL的功能。

关于ZNS和SRLOV方面,在后面的章节里会展开去讲一下新的特性给产品能带来什么。Haishen5是大普微DapuStor今年将要主推的产品。陈祥欢迎业界伙伴一起去讨论PCle Gen5的功能以及特性,尽早在展开产品适配和生态建设。

当前数据中心的关键特性

谈到企业级SSD,很多人关心的是传统存储的一些关键特性。而数据中心可能更关注通过自己构建的这些分布式或者是池化的技术,以及对技术和性能极致的追求,它也会有自己不同的特性。

首先,关于Smart IO技术。在中国市场,客户经常会注意到大普微DapuStor的产品的随机写特别是4K的随机写非常高,这是因为微信,“双十一”或者是“双十二”这些突发的交易的存在,导致很多应用场景里随机和突发的业务非常多。

4K随机写的要求意味着很多场景下会变成一个非常关键的指标。

一个标准的企业级SSD, 稳态下4K随机写的平均性能在250K左右。使用了DapuStor Smart IO Disable技术之后,可以看到性能可以达到274K。整体上,通过Smart IO Disable技术,4K随机写能提升10%左右的效果。

得益于大普微DapuStor的关键技术,通过传统的机器学习甚至一些内建的神经网络的算法能够预测到客户的IO模型。同时,可以更精确的调度整个SSD内部IO的可扩展性的平衡,前台的主机写业务和后台的即写即读,然后把更多的算力和时间片分给前台后台的IO,整体提升在稳态下4K的IOPS。

除了IOPS之外,这项技术其实还能够给产品带来更好的QoS。在不同的稳态面4K不同的QD下可达99.99%,这是在没有开启功能时的数据,最大的写入时间可能是在1000微秒左右,通过Smart IO Disable优化之后,已经降到600微秒,QoS也有大幅的提升。

两个数据表明,大普微DapuStor的Smart IO Disable技术能够给一些随机写业务要求非常高的场景,既能带来更高的IOPS,同时也能够带来更好的QoS,把长尾的负面影响降到最低。

关于SRIOV特性,在很多公有云的场景下,人们租用的虚拟机,通过互联网、云计算等技术不断的演进,比如国外的亚马逊,国内几个领先的云厂商都有不同层面的虚拟化的方案和演进目标。

大普微DapuStor提供的SSD支持SRIOV的硬件功能,TCO方面可以省掉SRIOV的转接卡。通过SRIOV的 功能,可以把小的虚拟盘根据不同的业务或者套餐容量大小来提供不同等级的服务。随着SSD单盘的容量越来越高的,而很多云场景下租户的容量点并没有发展那么快,这样就需要有更小容量点虚拟盘的诉求。大普微DapuStor SRIOV的产品特性就很好的适应了这样的场景。

从测试数据可以看到,把单盘如果暴露给32 VF主机,在顺序读、顺序写甚至混合读写,包括一些4K IOPS以及4K混合的小IO压力场景下,每个VF的性能是非常均衡的,可以无差别地服务于每个不同的虚拟机。

在企业级市场,数据中心的很多SSD用于缓存,另一些SSD可能在做主存。关于存储方面,双端口发展是一个非常快的趋势来替代传统的SAS SSD。大普微DapuStor PCle Gen4 SSD支持双端口。其关键特性是,NVMe的双端口未来会越来越多的占据传统的全闪或者混散SSD市场,预计在2024年市场占比可能会达到60%,相对于传统SAS SSD而言,PCle NVMe生态更良好,吸引更多人参与,会给最终客户带来更好的用户体验和性能以及稳定性。

Fast SSD Xlenstor企业级SCM

Xlenstor系列是大普微DapuStor在传统SCM SSD领域的闪存产品。

陈祥认为,在SCM方面,DRAM和NAND是存在GAP的,NAND延时为100微秒,DRAM延时为10-50纳秒。那么,中间会不会有一个层的存在呢?大普微DapuStor认为,NAND和DRAM之间因为数量级的差异,有些场景可能会需要中间一层过渡,所以大普微DapuStor在很早就开始布局这样的产品,跟合作伙伴一起推出了Xlenstor SCM企业级系列闪存产品。

从2020年开始,第一代推出了Haishen 3 XL系列,改产品对标的是当时英特尔的P4800。2021-2022年,大普微Dapustor基于自研的控制器推出了Xlenstor Gen2,这个PCIe Gen4的SSD对标英特尔的PCI Gen4傲腾SSD P5800X。

Xlenstor企业级闪存系列

在SSD的性能方面,DapuStor Xlenstor Gen1与英特尔上一代产品4800相比随机写存在一些劣势,但DapuStor Xlenstor Gen2的随机性能根据不同的OP和版本、客户的配制可以做到高达1200K,相比英特尔5800的1150K已经非常接近。同时,通过控制器和固件的优化,随机读延时进一步降低到18微秒。这虽然和傲腾颗粒还存在差距,但相比三星的1735 SSD已经具备一定的性能优势,因为大普微DapuStor在内部以DRAM做写缓存,写延时非常低。

大普微DapuStor是目前业界SLC based SCM最快的产品供应商。

放眼未来,大普微DapuStor还将随着合作伙伴颗粒进一步的迭代,在2023年推出Xlenstor Gen3产品,这一代产品会是PCle 5.0,颗粒的读性能和寿命会进一步提升。

携手合作共渡难关  共迎未来

大普微电子科技有限公司(DapuStor)成立于2016年,是国内先进的SSD主控芯片设计和智能企业级SSD定制专家,具备从芯片设计到存储产品量产交付的全栈能力。公司已累计获得10多亿元融资,旗下企业级智能固态硬盘、数据存储处理器芯片及边缘计算相关产品,已广泛用于国内外主流服务器、运营商、互联网数据中心市场。

在当天演讲的最后,陈祥欢迎大家就企业级SSD的应用与技术展开讨论,碰撞出更多的火花,并希望大家站在2022年这个关键节点一起去面临当下严峻的挑战,争取在渡过今年可能出现的寒冬,迎接整个存储行业更好的爆发和美好的未来。   

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